Evolution structurale et fonctionnelle des communautés microbiennes digestives sous l'influence de facteurs biotiques et abiotiques. Développement d'une biopuce ADN ciblant les gènes impliqués dans la dégradation des glucides complexes alimentaires

Structural and functional evolution of digestive microbial communities under biotic and abiotic factors. Development of a DNA microarray targeting genes involved in degradation of dietary complex carbohydrates

• Auteur / Autrice : Sophie Comtet-Marre
• Direction : Évelyne Forano, Pierre Peyret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique et Ecologie Microbienne
• Date : Soutenance le 26/06/2014
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géomagnétisme (Clermont-Ferrand) - Microbiologie (Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Fonty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Simonet, Gabrielle Potocki-Veronese, Christel Béra-Maillet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Simonet, Gabrielle Potocki-Veronese, Christel Béra-Maillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Panse -- Microbiologie

Mots clés libres

Écosystèmes microbiens digestifs

Dégradation des fibres alimentaires

Glycoside hydrolases

Carbohydrate estérases

Biopuce ADN fonctionnelle

Capture de gènes

Métatranscriptomique

Digestive microbiota

Dietary fibre degradation

Glycoside hydrolases

Carbohydrate esterase

Functional DNA microarray

Gene capture

Metatranscriptomics

Résumé

La dégradation des fibres alimentaires est une fonction essentielle des écosystèmes digestifs microbiens. Chez le ruminant, elle est assurée par des bactéries, champignons et protozoaires capables de produire de nombreuses enzymes nécessaires à l’hydrolyse des polysaccharides de paroi végétale. Parmi les facteurs susceptibles d’influencer l’efficacité de dégradation des fibres, qui est une composante importante de la productivité et de la santé animales, des additifs tels que des levures probiotiques apparaissent comme un levier intéressant. Afin d’approfondir les connaissances sur les facteurs de modulation de l’activité fibrolytique, une biopuce ADN fonctionnelle, outil moléculaire haut-débit, ciblant les gènes codant les enzymes clés de la dégradation de la cellulose et des xylanes dans les écosystèmes digestifs a été développée. Aussi, une méthode efficace dédiée à des échantillons ruminaux pour la soustraction des ARNr à partir des ARN totaux a été mise au point afin d’accroitre la sensibilité de l’outil. La biopuce fonctionnelle a été validée sur échantillons de complexité croissante et démontre d’excellents caractères de spécificité et de sensibilité tout en étant exploratoire et quantitative. Des régulations différentielles de l’arsenal des gènes de la fibrolyse de la bactérie du rumen Fibrobacter succinogenes ont pu être montrées. De même, les résultats sur échantillons de rumen suggèrent un rôle des microorganismes eucaryotes dans la fibrolyse pouvant être plus important qu’initialement envisagé. Cette approche métatranscriptomique dirigée pourra in fine continuer d’être appliquée dans l’étude de l’impact de facteurs biotiques et abiotiques sur la fonction fibrolytique microbienne chez les animaux d’élevage.

Dietary fibre degradation is an essential function of microbial digestive ecosystems. In ruminants, this function is ensured by bacteria, fungi and protozoa, producing a large array of enzymes able to degrade plant cell wall polysaccharides. Among factors likely to influence the efficiency of fibre degradation, which is an important component in animal productivity and health, dietary additives such as probiotic yeasts appear as an interesting tool. To provide more insight on factors modulating fibrolytic activity, we designed a functional DNA microarray targeting genes coding for key enzymes involved in cellulose and xylan degradation by digestive microbiota. Also, an efficient method dedicated to rumen samples for removing microorganisms’ rRNA from total RNA samples was developed to increase the sensitivity of the tool. The DNA microarray was validated using targets of increasing complexity and demonstrated sensitivity and specificity as well as explorative and quantitative potential. Differential expression of genes involved in fibrolysis was evidenced in the rumen bacterium Fibrobacter succinogenes. Moreover, results on rumen samples suggest a more important role of eucaryotes in fibre degradation than previously thought. This targeted metatranscriptomic approach will be further applied to the study of the impact of biotic and abiotic factors on the microbial mechanisms of fibre degradation in livestock.